分工业工程专业综合课程设计.docx

分工业工程专业综合课程设计492020年5月29日文档仅供参考工业工程综合课程设计任务书学生姓名: 李 帅 专业班级: 工业工程 指导教师: X老师 工作单位: 机电工程学院 题 目: 某减速器厂平面布置设计及及工位人因改进设计 初始条件:企业现状:某减速器厂因整体搬迁,需对新厂区进行规划设计,并对原有生产系统进行重新改造设计。新厂区有地30000平方米,厂区南北为150米,东西宽200米,南边和西边紧邻其它企业,只有紧邻公路的北边和东边能够设置厂门进出。该厂有工人300人,计划建成年产180000套减速器的生产厂。减速器生产工艺过程:减速器由39个零件构成,可是大多数零件为标准件。假定标准件采用外购,总的工艺过程可分为零件的制作与外购、半成品暂存、组装、性能测试、成品存储等阶段。机盖、机座、大齿轮、轴、齿轮轴、端盖六类零件为自制件,其工序内容分别为: 机盖: 备料 铸造 粗铣,镗,钻 精铣,镗 暂存。 机座: 备料 铸造 粗铣,镗,钻 精铣,镗 暂存。 大齿轮: 备料 锻造 正火 车,铣,镗,钻 调质 滚齿 渗碳淬火 磨削 暂存。 轴: 备料 粗车,磨,铣 精车 渗碳淬火 磨 暂存。 齿轮轴: 备料 锻造 正火 粗车、镗、钻 探伤、调质 半精车、滚齿、铣键槽 齿部渗碳淬火 磨削 暂存。 端盖:备料 铸造 精车 暂存。作业单位信息和相关数据:根据减速器的结构及工艺特点,设立如表1所示11个单位,分别承担原材料存储、备料、热处理、加工与装配、产品性能试验、生产管理等各项生产任务。表1 作业单位建筑汇总表序号作业单位名称用途建筑面积(m2)备注1原材料库储存钢材、铸锭2030露天2铸造车间铸造20253热处理车间热处理20124机加工车间车、铣、钻20365精密车间精铣、精镗、磨削20366标准件、半成品库储存外购件、半成品20257组装车间组装变速器20368锻造车间锻造20259成品库成品储存152010办公、服务楼办公室、食堂等806011设备维修车间机床维修1525要求完成的主要任务: 针对给定的工厂实例,完成下列工作:(1)采用系统布置设计(SLP)方法进行某减速器厂的总平面布置设计。1) 产品分析,产品产量分析,确定生产类型。2) 生产工艺过程分析,绘制工艺过程图。3) 进行物流分析,得到作业单位物流相关图。4) 进行作业单位相互关系分析,得到作业单位非物流相关图。5) 将作业单位物流相关表与非物流相互关系表加权合并,得出作业单位综合相互关系图。6) 绘制作业单位位置相关图。7) 按制图标准(用坐标)绘制作业单位面积相关图。8) 产生工厂总体布置设计方案并进行分析评价。(2)对减速器零件加工工位进行人因分析及改进设计(未选修过”基础IE”课程的同学完成)1)对操作者的作业环境进行人因分析;2)对某操作或使用的设备(如工作台柜)进行人因改进设计。时间安排:序号设计内容时间(天)1资料查阅,设计任务分析及总设计方案的确定;12工厂总体分析与平面布置设计53完成总布置设计说明书24零件加工工序的工作研究45完成零件加工工序相应分析与设计说明书26课程设计答辩1合 计15指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目录引言11产品分析21.1产品产量(P-Q)分析21.2 生产类型的确定32产品工艺过程分析52.1 工艺分析52.2 工艺过程图的绘制83物流分析123.1 物流量分析、计算123.2 作业单位之间的物流相关图164非物流关系分析194.1 作业单位相互关系分析194.2 作业单位非物流相关图205作业单位关系综合分析216作业单位位置关系分析237作业单位的详细布置设计258厂区总体布局设计289加工工位人因分析及改进设计319.1对操作者的作业环境进行人因分析319.2工位人因改进设计349.2.1 工作台需求分析349.2.2 工作台功能分析349.2.3 工作台方案设计35课程设计小结37参考文献38附录39引言综合课程设计是对我们同学多门学科综合应用的能力的全面锻炼,本次课程设计的设计内容为,对某减速器厂平面布置设计及工位人因改进设计。我根据老师给出的课设任务书,按照规定的时间依次完成各项任务,先对产品产量进行分析,得出该厂的各零部件的需求量,根据产量信息假定该厂的生产方式。确定生产方式后,绘制减速器六大自制零件的零件加工工序过程图,并绘制总的工序过程图。根据工序过程、零部件需求量以及工件信息,计算物流量,确定各个工作单位之间的物流量,从而绘制物流相关图。经过对各工作单位之间的非物流关系分析,确定各部门之间的非物流关系等级,绘制非物流关系相关图。经过物流关系相关图与非物流关系相关图的加权计算并运用少量定性分析得出综合相关图,从而确定各工作单位之间的关系等级。 经过各工作单位之间的关系等级的高低,绘制工作单位之间的位置相关图即线形图,再利用相关关系表运用关系表法得出无面积拼块图,再加上各单位的空间要求,以及厂区的总体面积限制,绘制面积相关图。确定面积相关图之后,制定厂区的布置方案,设置两种方案进行分析对比,选择最佳方案,确定厂区布置的最终方案。1产品分析1.1产品产量(P-Q)分析根据前题中给出的相关信息可知,规划新厂的年产量为180000套减速器,减速器由39个零件构成,可是大多数零件为标准件。假定标准件采用外购,机盖、机座、大齿轮、轴、齿轮轴、端盖六类零件为自制件,减速器零件明细表如下:表1.1减速器零件明细表产品名称减速器产品代号160计划年产量180000序号零件名称自制外购材料总计划需求量单件重量/kg39垫圈65Mn3600000.00438螺母Q2353600000.01137螺栓Q2355400000.03236销353600000.02235防松垫圈Q2151800000.01034轴端盖圆Q2351800000.05033螺栓Q2353600000.02032通气器Q2351800000.03031视孔盖Q2151800000.05030垫片橡胶纸1800000.00429机盖IIT2001800002.50028垫圈65Mn10800000.00627螺母Q23510800000.01626螺栓Q23510800000.10325机座HT2001800003.00024轴承3600000.45023挡油圈Q2153600000.00422毡封油圈羊毛毡1800000.00421键Q2751800000.08020定距环Q2351800000.09019密封盖Q2351800000.05018可穿透端盖HT1501800000.04017调整垫片08F3600000.00416螺塞Q2351800000.03215垫片橡胶纸1800000.00414游标尺1800000.05013大齿轮401800001.00012键Q2751800000.08011轴Q2751800000.80010轴承3600000.4509螺栓Q23543 00.0258端盖HT2001800000.0507毡封油圈羊毛毡1800000.0046齿轮轴Q2751800001.4005键Q2751800000.0404螺栓Q23521600000.0143密封盖Q2351800000.0202可透视端盖HT2001800000.0401调整垫片08F3600000.0101.2 生产类型的确定由题可知,本次设计的新厂的年产量为180000,涉及的总面积达到30000平方米。平均每天要生产180000365493(件)该新厂预计的生产能力较为可观。生产方式的我们可在订单生产方式和库存生产方式之间选择一个。1、订单生产方式。它是根据用户提出的具体订货要求后,才开始组织生产,进行设计、供应、制造、出厂等工作。生产出来的成品在品种规格、数量、质量和交货期等方面是各不相同的,并按合同规定按时向用户交货,成品库存甚少。因此,生产管理的重点是抓交货期,按期组织生产过程各环节的衔接平衡,保证如期实现;2、库存生产方式。它是在对市场需要量进行预测的基础上,有计划地进行生产,产品有一定的库存。为防止库存积压和脱销,生产管理的重点是抓供、产、销之间的衔接,按量组织生产过程各环节之间的平衡,保证全面完成计划任务。确定生产类型需要根据该产品的市场环境确定。如果该产品是一种很有竞争力的新兴减速器产品,那么此时市场的需求量比较大,能够不用考虑滞销,压仓的情况,能够采用库存生产方式,并进行连续生产。如果产品的市场需求量不是很大,为了防止滞销、产品库存积压,能够采用订单生产的方式。由于该厂年产量为预期的180000件,因此我们可知该产品的市场需求量比较大,需求稳定。此处我们采用库存生产方式连续生产。2产品工艺过程分析2.1 工艺分析根据已知的信息可知:减速器由39个零件构成,可是大多数零件为标准件。假定标准件采用外购,总的工艺过程可分为零件的制作与外购、半成品暂存、组装、性能测试、成品存储等阶段。机盖、机座、大齿轮、轴、齿轮轴、端盖六类零件为自制件,其工序内容分别为:机盖: 备料 铸造 粗铣,镗,钻 精铣,镗 暂存。机座: 备料 铸造 粗铣,镗,钻 精铣,镗 暂存。大齿轮:备料 锻造 正火 车,铣,镗,钻 调质 滚齿 渗碳淬火、磨削 暂存。轴: 备料 粗车,磨,铣 精车 渗碳淬火 磨 暂存。齿轮轴:备料 锻造 正火 粗车、镗、钻 探伤、调质 半精车、滚齿、铣槽 齿部渗碳淬火 磨削 暂存。端盖: 备料 铸造 精车 暂存。根据已知条件计算各工序间的工件质量变化,绘制工序过程表:表2.1 机盖加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量机盖29HT2002.500180000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下质量/kg废料/kg1原材料库备料4.2182铸造车间铸造783.2900.9283机加工车间粗铣、镗、钻802.6320.658 4精密车间精铣、精镗952.5000.132 5半成品库暂存表2.2 机座加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量机座25HT2003.000180000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下质量/kg废料/kg1原材料库备料5.2642铸造车间铸造753.9481.316 3机加工车间粗铣、镗、钻803.1580.7904精密车间精铣。精镗953.0000.158 5半成品库暂存表2.3 大齿轮加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量大齿轮13451.000180000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下质量/kg废料/kg1原材料库备料1.9212锻造车间锻造(正火)781.4980.4233机加工车间车、铣、镗、磨801.1980.300 4热处理车间调质1.1985机加工车间滚齿871.0420.156 6热处理车间渗碳淬火1.0427精密车间磨961.0000.042 8半成品库暂存表2.4 轴加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量轴11Q2750.800180000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下质量/kg废料/kg1原材料库备料1.1342机加工车间粗车、磨、铣800.9070.227 3精密车间精车900.8160.091 4热处理车间渗碳淬火0.8165精密车间磨980.8000.016 6半成品库暂存表2.5 齿轮轴加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量齿轮轴6Q2751.400180000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下质量/kg废料/kg1原材料库备料2.2332锻造车间锻造2.2333热处理车间正火2.2334机加工车间粗车、铣、钻801.7860.447 5热处理车间探伤、调质1.7866机加工车间半精车、滚齿、铣键槽801.4290.3577热处理车间齿部渗碳淬火1.4298精密车间磨981.4000.029 9半成品库暂存表2.6 端盖加工工艺过程表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量端盖8HT2000.050180000序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下质量/kg废料/kg1原材料库备料0.0902铸造车间铸造700.0630.027 3机加工车间精车800.0500.0135半成品库暂存2.2 工艺过程图的绘制 图2.1 机盖加工工艺过程图(单位:kg) 图2.2机座加工工艺过程图(单位:kg)图2.3 大齿轮加工工艺过程图(单位:kg) 图2.4 轴加工工艺过程图(单位:kg)图2.5 齿轮轴加工工艺过程图(单位:kg) 图2.6 端盖加工工艺过程图(单位:kg)图2.7 总加工工艺过程图(单位:kg)3物流分析 新厂生产运行的总工艺过程为可分为:零件的制作与外购、半成品暂存、组装、性能测试、成品存储等阶段,各个阶段都会产生一定的物流量。产品生产组装过程中,机盖、机座、大齿轮、轴、齿轮轴、端盖六类零件是需要自制的,制造这些零件的过程中,各个工序间也会产生物流量,各个零件、各个阶段、各个工序之间的物流量的计算标准各不相同,零件之间能够用零件个数,工序之间能够用物流强度进行物流量的计量,各阶段之间能够用工序数,各阶段之间的物流复杂程度进行计量物流量,由于此处未知物流距离,此处我们统一采用零件的质量来计量物流量。 新厂的生产运营过程中,共规划有11个部门,分别为:原材料库,铸造车间,热处理车间,机加工车间,精密车间,标准件、半成品库,组装车间,锻造车间,成品库,办公、服务楼,设备维修车间。根据新厂年产量180000件的预期以及上一节中得出的零件分析和零件工序过程分析,确定各部门之间进行物流量分析。3.1 物流量分析、计算自制件的物流量分析、计算如下:表3.1 机盖加工工艺物流量表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量/t机盖29HT2002.500180000450序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下物流量/t1原材料库备料759.1092铸造车间铸造78592.1053机加工车间粗铣、镗、钻80473.6844精密车间精铣、精镗95450.0005半成品库暂存表3.2 机座加工工艺物流量表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量/t机座25HT2003.000180000540序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下物流量/t1原材料库备料947.3682铸造车间铸造75710.5263机加工车间粗铣、镗、钻80568.4214精密车间精铣、精镗95540.0005半成品库暂存表3.3 大齿轮加工工艺物流量表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量/t大齿轮13451.000180000180序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下物流量/t1原材料库备料345.3792锻造车间锻造(正火)78269.3963机加工车间车、铣、镗、磨80215.5174热处理车间调质215.5175机加工车间滚齿87187.5006热处理车间渗碳淬火187.5007精密车间磨96180.0008半成品库暂存表3.4 轴工加工艺物流量表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量/t轴11Q2750.800180000144序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下物流量/t1原材料库备料204.0832机加工车间粗车、磨、铣80163.2663精密车间精车90146.9394热处理车间渗碳淬火146.9395精密车间磨98144.0006半成品库暂存表3.5 齿轮轴加工工艺物流量表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量/t齿轮轴6Q2751.400180000252序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下物流量/t1原材料库备料401.7862锻造车间锻造401.7863热处理车间正火401.7864机加工车间粗车、铣、钻80321.4295热处理车间探伤、调质321.4296机加工车间半精车、滚齿、铣键槽80257.1437热处理车间齿部渗碳淬火257.1438精密车间磨98252.0009半成品库暂存表3.6 端盖加工工艺物流量表产品名称件号材料单件质量/kg计划年产量年产总质量/t端盖8HT2000.0501800009序号作业单位名称工序内容工序材料利用率(%)至下物流量/t1原材料库备料16.0712铸造车间铸造7011.2503机加工车间精车809.0005半成品库暂存外购件的物流量分析、计算如下:表3.7 外购件物流量表零件类别外购件产品年产量180000标准件、半成品库至组装车间的物流量/t序号零件名称材料总需求量单件重量/kg39垫圈65Mn3600000.0041.44038螺母Q2353600000.0113.96037螺栓Q2355400000.03217.28036销353600000.022 7.92035防松垫圈Q2151800000.0101.80034轴端盖圆Q2351800000.0509.00033螺栓Q2353600000.0207.20032通气器Q2351800000.0305.40031视孔盖Q2151800000.0509.00030垫片橡胶纸1800000.0040.72028垫圈65Mn10800000.0060.78027螺母Q23510800000.01617.28026螺栓Q23510800000.103111.24024轴承3600000.450162.00023挡油圈Q2153600000.0041.44022毡封油圈羊毛毡1800000.0040.72021键Q2751800000.08014.40020定距环Q2351800000.09016.20019密封盖Q2351800000.0509.00018可穿透端盖HT1501800000.0407.20017调整垫片08F3600000.0041.44016螺塞Q2351800000.0325.76015垫片橡胶纸1800000.0040.72014游标尺1800000.0509.00012键Q2751800000.08014.40010轴承3600000.450162.0009螺栓Q23543 00.025108.0007毡封油圈羊毛毡1800000.0040.7205键Q2751800000.0407.2004螺栓Q23521600000.01430.243密封盖Q2351800000.0203.6002可透视端盖HT2001800000.0407.2001调整垫片08F3600000.0103.600外购件的总物流量/t757.8603.2 作业单位之间的物流相关图根据以上进行的物流分析,可得到相关作业单位之间的物流量表(从至表):表3.8 作业单位物流量从至表至从原材料库铸造车间热处理车间机加工车间精密车间标准件、半成品库组装车间锻造车间成品库原材料库1722.548204.083747.165铸造车间1313.881热处理车间938.732591.582机加工车间981.5891205.3719精密车间146.9391566标准件、半成品库2332.86组装车间锻造车间401.786269.396成品库物流关系总结表:表3.9 物流关系总表关系部门半成品库-组装车间热处理车间-机加工车间原材料库-铸造车间精密车间-半成品库铸造车间-机加工车间机加工车间-精密车间物流量/t2332.861920.3211722.54815661313.881938.732关系等级AAEEII关系部门热处理车间-精密车间原材料库-锻造车间锻造车间-热处理车间锻造车间-机加工车间原材料库-机加工车间机加工车间-半成品库物流量/t738.521747.165401.786269.396204.0839关系等级OOUUUU根据物流量分析,可知最高有2332.86t/年最低有9t/年,故将这写关系分为5个等级,分级如下(取2400/5=480分段):A级:2400-1920E级:1920-1440I级:1440-960O级:960-480U级:480-0这五个等级分别赋予一定的分值,按照以下表格进行赋值:表3.1 作业单位相互关系等级表符号AEIOU意义绝对重要特别重要重要一般不重要量化值43210作业单位物流相关图:图3.1 作业单位物流相关图4非物流关系分析4.1 作业单位相互关系分析作业单位之间的非物流关系可分为两种,一中为有利性关系,一中为有害性关系。有利性关系表现为:两个部门之间形成正影响,两者的工作需要协调共同完成,或者一方的工作需要另一方的参与,部门之间的人员交流有利于提高员工的积极性等,两个部门之间距离越近越有利于工作的展开,提高工作效率,降低成本。有害性关系表现为:一方的工作会影响到另一方工作的正常进行,或者对另一方造成损害,造成安全隐患等。故此,对上述的11个部门之间的关系进行评级,共A、E、I、O、U、X五个等级,其中:A级表示绝对重要的关系,部门之间必须临近,E级表示特别重要关系,部门之间应该临近,I级表示重要关系,部门之间能够有一定距离,O级表示一般关系,部门之间的距离不可太远,U级表示不重要关系,部门之间的距离无关紧要,X级表示不要靠近,部门之间不能够临近。评级理由:1、工作流程的连续性。2、生产服务。3、物料搬运。4、管理方便。5、安全与污染。6、共同设备。7、震动、噪声、烟尘。8、人员联系。4.2 作业单位非物流相关图表4.1 作业单位相互关系等级表符号AEIOUX意义绝对重要特别重要重要一般不重要不要靠近量化值43210-1线条数4条3条2条1条无1条折线比例(%)2531051510254580根据需要根据以上评级规则对原材料库,铸造车间,热处理车间,机加工车间,精密车间,标准件,半成品库,组装车间,锻造车间,成品库,办公、服务楼,设备维修车间这11个部门之间的关系进行评级,两两关系共有n(n-1)/2=11(11-1)/2=55个,则A级约有13个。绘制作业单位相关图如下:图4.1 作业单位非物流相关图5作业单位关系综合分析 作业单位之间的关系可分为物流关系和非物流关系,要对作业单位间的关系进行综合分析,需要结合作业单位间的物流关系以及作业单位间的非物流关系。上两节中我们分别对作业单位间的物流关系和非物流关系进行了分析,得出了最终结果。经过物流相关图,我们能够发现A级关系(绝对重要关系)的作业单位有两对,分别是热处理车间与机加工车间和组装车间与标准件、半成品库。经过非物流相关图,我们得出有A级关系的作业单位也是两对,但分别是:标准件、半成品库与组装车间和组装车间与成品库。物流关系分析的结果与非物流关系分析的结果不相同,不只是A级关系的作业单位关系,其它等级的关系也都有很大的不同。 另外我们经过对两种关系进行加权求和的方式来得出综合物流关系和非物流关系的结果,来进行作业单位关系的综合分析。由于该厂是一个制造型企业,企业的加工制造、采购、库存情况是企业的根本,因此企业的物流情况在企业经营过程中所占的比重要比企业的非物流情况重要得多。故此我们采用物流与非物流的比例为3:1的比例来进行加权求和。公式为:综合关系值=(3*物流关系值+1*非物流关系值)/4(小数部分取整)再根据算出的综合关系值,对应得出关系等级。例如:标准件、半成品库与组装车间的综合关系值=(3*物流关系值+1*非物流关系值)/4=(3*4+1*4)/4=4 关系等级为A级由于A级关系是必须重要关系,故A级关系不可降级。例如:物流相关图中组装车间与成品库之量间的物流关系分析结果虽然为U级,但非物流关系中分析结果为A级,综合关系图中依然保留A级,因为组装车间的装配完成的产品必须转移至成品库防止组装车间的堆积。由于X级关系为不可靠近关系,如果两个工作单位靠近,必定会影响两单位之间的正常工作,不论是物流关系还是非物流关系,综合关系图中保留X关系。绘制综合相关图:图5.1 作业单位综合相关图6作业单位位置关系分析 根据上一节中对作业单位之间的综合关系图,我们可知A级关系的单位关系总共有3个即:热处理车间与机加工车间,标准件、半成品库与组装车间,组装车间与成品库。E级关系有2个,I级关系有3个,O级关系有10个,X级关系有5个,其余为U级关系。根据分析结果绘制作业单位之间位置关系线形图,关系等级越高,越靠近中心位置,采用4条1单位长的平行线段表示两作业单位间的A级关系;3条2单位长度的平行线表示E级关系;2条3单位长度的平行线段表示I级关系;1条线表示O级关系;U级关系不连线;X级用粗虚线表示。为作图方便,故此用序号表示各单位:1 原材料库2 铸造车间3 热处理车间4 机加工车间5 精密车间6 标准件、半成品库7 组装车间8 锻造车间9 成品库10 办公、服务楼11 设备维修车间表6.1 作业单位综合接近程度排序表作业单位代号1234567891011综合接近程度6561057945-45排序4651732108119绘制线形图:图6.1 作业单位线形图7作业单位的详细布置设计根据上一节中对单位间的位置分析的结果,我们列出相关关系工作表如下:表7.1 相关关系工作表作业单位AEIOX1、原材料库2842、铸造车间1411103、热处理车间45,8,11104、机加工车间32,51,8,11105、精密车间643106、标准件、半成品库757、组装车间6,9118、锻造车间13,4,11109、成品库71010、办公、服务楼92,3,4,7,811、设备维修车间2,3,4,7,8我们能够得出作业单位间位置的基础安置规则,由设计要求,每个部门规划的面积已经给出了,且是长方形,新厂的总面积也是长方形,总面积为30000平方米,厂区东西为200米,南北宽150米。各个作业单位的面积如下表7-1所示:表7.2 作业单位建筑面积汇总表序号作业单位名称用途建筑面积(m2)备注1原材料库储存钢材、铸锭2030露天2铸造车间铸造20253热处理车间热处理20124机加工车间车、铣、钻20365